JP5287050B2 - Route planning method, route planning device, and autonomous mobile device - Google Patents
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Description
本発明は、移動経路を計画する経路計画方法、経路計画装置、及び経路計画装置を備えた自律移動装置に関する。 The present invention relates to a route planning method for planning a moving route, a route planning device, and an autonomous mobile device including the route planning device.
従来から、計画された経路に沿って出発点(スタート位置)から目的地(ゴール位置)まで自律して移動する自律移動装置が知られている。自律移動する経路の計画を行うときには、例えば、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技術等を用いて、xy平面をグリッド分割した環境地図(障害物が存在する領域と存在しない領域を表した地図)を生成し、該環境地図から移動可能領域を抽出し、その移動可能領域に沿ってユーザから与えられたスタート位置とゴール位置との間をつなぐことにより移動経路を計画する。 Conventionally, an autonomous mobile device that autonomously moves from a starting point (start position) to a destination (goal position) along a planned route is known. When planning a route that moves autonomously, for example, using an SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) technique or the like, an environment map (a map representing an area where an obstacle exists and an area where an obstacle does not exist) obtained by dividing the xy plane into a grid The movement path is generated by extracting the movable area from the environment map and connecting between the start position and the goal position given by the user along the movable area.
ここで、環境地図から移動可能領域を抽出する際に、自律移動装置の大きさを点と見なすことができるように障害物領域の境界を自律移動装置の大きさに相当する量だけ拡張(伸長)する手法が用いられている。このような障害物領域の境界を拡張する手法として、ポテンシャル関数を利用する手法が、特許文献1に記載されている。特許文献1記載の方法によれば、まず、障害物領域においてある一定のポテンシャル値を持ち、障害物領域からの距離に応じて単調に減少するポテンシャル関数を考え、移動可能領域の各グリッドに対してポテンシャル関数で計算される値の総和をその位置のポテンシャル値とするポテンシャル場が作成される。次に、そのポテンシャル場を利用して、ポテンシャル値が所定のしきい値以上となる領域が新たな障害物領域として本来の障害物領域に加えられる。また、ポテンシャル値が所定のしきい値以下となる領域が新たな移動可能領域とされる。
ここで、自律移動装置の移動制御を行う場合において、制御周期及び制御遅れをゼロにすることはできないため、現実の自律移動装置の挙動は、意図した挙動に対して僅かながら誤差(応答遅れ)を生じる。そして、この誤差は移動速度が速くなるほど顕著になる。そのため、狭い通路(経路)を自律移動装置が通過する際には、この誤差の影響により、障害物と干渉するおそれがある。よって、その経路上の通過地点が通行可能であることしか分らない状況においては、通路(経路)が十分に広い場合であっても、狭い場合であっても、上述した誤差が小さくなるような遅い速度で移動する必要があった。 Here, when the movement control of the autonomous mobile device is performed, the control cycle and the control delay cannot be made zero. Therefore, the actual behavior of the autonomous mobile device is slightly different from the intended behavior (response delay). Produce. This error becomes more prominent as the moving speed increases. Therefore, when the autonomous mobile device passes through a narrow passage (route), there is a possibility of interference with an obstacle due to the influence of this error. Therefore, in the situation where it is only known that the passing point on the route is passable, the above-described error is reduced regardless of whether the passage (route) is sufficiently wide or narrow. It was necessary to move at a slow speed.
上述した経路計画方法によれば、ポテンシャル値が所定のしきい値以下であれば通過可能と判断されて経路が計画されるが、計画された経路の余裕(通路の幅)を予め把握することについては何ら考慮されていない。すなわち、移動経路上の通過地点における経路余裕は通過地点毎に異なることが多いが、上述した経路計画方法では、計画された移動経路上の通過地点毎の経路余裕を予め把握することができなかった。そのため、制御周期及び制御遅れを考慮して、経路に余裕がある場所でも、経路に余裕がない場所と同様に、遅い速度で移動する必要があった。 According to the route planning method described above, if the potential value is equal to or less than a predetermined threshold value, it is determined that the route can be passed, and the route is planned. However, the margin of the planned route (width of the passage) is grasped in advance. There is no consideration for. That is, the route margin at the passing point on the moving route is often different for each passing point, but the route planning method described above cannot grasp in advance the route margin for each passing point on the planned moving route. It was. Therefore, in consideration of the control cycle and the control delay, it is necessary to move at a slow speed even in a place where there is room on the route, as in a place where there is no room on the route.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、計画された移動経路上の通過地点の経路余裕を予め把握することが可能な経路計画方法、経路計画装置、及び該経路計画装置を備えた自律移動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a route planning method, a route planning device, and the route planning capable of preliminarily grasping a route margin of a passing point on a planned moving route. An object is to provide an autonomous mobile device including the device.
本発明に係る経路計画方法は、移動経路に沿って移動する自律移動装置により使用される移動経路を、該自律移動装置が自律移動を行う前に計画する経路計画方法であって、障害物が存在する障害物領域が示される環境地図を取得する環境地図取得ステップと、環境地図取得ステップにおいて取得された環境地図に含まれる障害物領域の輪郭を段階的に拡張して、複数の拡張領域を生成する拡張領域生成ステップと、拡張領域生成ステップにおいて生成された複数の拡張領域を重ね合わせて積算し、積算地図を生成する積算地図生成ステップと、積算地図生成ステップにおいて生成された積算地図から移動可能領域を抽出する移動可能領域抽出ステップと、移動可能領域抽出ステップにおいて抽出された移動可能領域から移動経路を計画するとともに、移動経路上の通過地点が属する積算地図上の拡張領域の積算値に応じて当該通過地点における経路余裕情報を取得し、該経路余裕情報を通過地点毎に対応付けて付加した経路情報を取得する経路計画ステップとを備えることを特徴とする。 A route planning method according to the present invention is a route planning method for planning a movement route used by an autonomous mobile device moving along a movement route before the autonomous mobile device performs autonomous movement, and an obstacle is An environment map acquisition step for acquiring an environment map showing existing obstacle areas, and the outline of the obstacle area included in the environment map acquired in the environment map acquisition step are expanded step by step to obtain a plurality of extension areas. An extended area generation step to be generated, a plurality of extended areas generated in the extended area generation step are overlapped and integrated, an integrated map generation step for generating an integrated map, and a movement from the integrated map generated in the integrated map generation step A movable area extraction step for extracting a movable area, and a movement route is planned from the movable area extracted in the movable area extraction step. Both the pass route margin information acquired at the point, the route information added in association with the route allowance information for each passing point in accordance with the accumulated value of the extended area on the integrated map passing point on the movement path belongs A route planning step to obtain .
また、本発明に係る経路計画装置は、移動経路に沿って移動する自律移動装置により使用される移動経路を、該自律移動装置が自律移動を行う前に計画する経路計画装置であって、障害物が存在する障害物領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、環境地図取得手段により取得された環境地図に含まれる障害物領域の輪郭を段階的に拡張して、複数の拡張領域を生成する拡張領域生成手段と、拡張領域生成手段により生成された複数の拡張領域を重ね合わせて積算し、積算地図を生成する積算地図生成手段と、積算地図生成手段により生成された積算地図から移動可能領域を抽出する移動可能領域抽出手段と、移動可能領域抽出手段により抽出された移動可能領域から移動経路を計画するとともに、移動経路上の通過地点が属する積算地図上の拡張領域の積算値に応じて当該通過地点における経路余裕情報を取得し、該経路余裕情報を通過地点毎に対応付けて付加した経路情報を取得する経路計画手段とを備えることを特徴とする。 The route planning device according to the present invention is a route planning device that plans a travel route used by an autonomous mobile device that moves along a travel route before the autonomous mobile device performs autonomous movement, An environment map acquisition means for acquiring an environment map showing an obstacle area where an object is present, and an outline of the obstacle area included in the environment map acquired by the environment map acquisition means are expanded step by step to provide a plurality of extensions. An extended area generating means for generating an area, an integrated map generating means for generating an integrated map by superimposing a plurality of extended areas generated by the extended area generating means, and an integrated map generated by the integrated map generating means The movable area extracting means for extracting the movable area from the mobile area, and planning the movement route from the movable area extracted by the movable area extracting means, and the passing point on the movement path belong to To obtain routing margin information in the passing point in accordance with the accumulated value of the extended area on that integrated map, it is provided with a path planning unit for acquiring path information added in association with the route allowance information for each passing point It is characterized by.
本発明に係る経路計画方法及び経路計画装置によれば、障害物領域の輪郭が段階的に拡張されることにより生成された複数の拡張領域が重ね合わされて積算され、積算地図が生成される。すなわち、積算地図上の各拡張領域の境界(輪郭)は、障害物領域からの距離に応じて配置される。そのため、積算地図から抽出された移動可能領域を通るように移動経路が計画される際に、移動経路上の通過地点が属する積算地図上の拡張領域の積算値から当該通過地点の経路余裕を把握することができる。よって、計画された移動経路上の通過地点の経路余裕を予め(経路計画段階で)把握することが可能となる。また、通過地点が属する拡張領域の積算値から経路余裕を把握することができるため、より少ない演算量で通過地点の経路余裕を認識することが可能となる。 According to the route planning method and the route planning device according to the present invention, a plurality of extended regions generated by stepwise expanding the contour of an obstacle region are overlapped and integrated to generate an integrated map. That is, the boundary (contour) of each extended area on the integrated map is arranged according to the distance from the obstacle area. Therefore, when a movement route is planned to pass through the movable area extracted from the integrated map, the route margin of the passing point is grasped from the integrated value of the extended region on the integrated map to which the passing point on the moving route belongs. can do. Therefore, it becomes possible to grasp in advance (at the route planning stage) the route margin of the passing point on the planned moving route. Further, since the route margin can be grasped from the integrated value of the extended area to which the passing point belongs, the route margin at the passing point can be recognized with a smaller amount of calculation.
本発明に係る経路計画方法は、上記拡張領域生成ステップにおいて、障害物領域の輪郭を自律移動装置の半径だけ拡張するとともに、拡張された障害物領域の輪郭をさらに所定の拡張幅で段階的に拡張することが好ましい。 Path planning method according to the present invention, in the above Symbol extended area generation step, as well as expanding the outline of the obstacle region by the radius of the autonomous mobile apparatus further stepwise at a predetermined extension width contour of the extended obstacle area It is preferable to extend to.
また、本発明に係る経路計画装置は、上記拡張領域生成手段が、障害物領域の輪郭を自律移動装置の半径だけ拡張するとともに、拡張された障害物領域の輪郭をさらに所定の拡張幅で段階的に拡張することが好ましい。
The route planning device according to the present invention, the upper Symbol extended area generation means, thereby expanding the outline of the obstacle region by the radius of the autonomous mobile unit, the contour of the extended obstacle region further by a predetermined extension width It is preferable to expand in stages.
この場合、まず自機の半径だけ障害物領域の輪郭が拡張されるため、移動可能領域を抽出する際に、拡張された障害物領域の輪郭に対して自機の大きさを点と見なすことができる。また、拡張された障害物領域の輪郭が所定の拡張幅でさらに拡張されるため、移動経路上の通過地点の経路余裕を、該拡張幅を単位とし、該拡張幅の倍数で把握することが可能となる。 In this case, since the outline of the obstacle area is first expanded by the radius of the own machine, when extracting the movable area, the size of the own machine is regarded as a point with respect to the expanded outline of the obstacle area. Can do. In addition, since the contour of the expanded obstacle area is further expanded with a predetermined expansion width, it is possible to grasp the route margin of the passing point on the moving route by using the expansion width as a unit and a multiple of the expansion width. It becomes possible.
本発明に係る経路計画方法では、上記所定の拡張幅が、自律移動装置の半径であることが好ましい。また、本発明に係る自律移動装置では、上記所定の拡張幅が、自律移動装置の半径であることが好ましい。 In the route planning method according to the present invention, it is preferable that the predetermined extension width is a radius of the autonomous mobile device. In the autonomous mobile device according to the present invention, it is preferable that the predetermined extension width is a radius of the autonomous mobile device.
この場合、拡張された障害物領域の輪郭が、自機の半径ずつ段階的に拡張されるため、移動経路上の通過地点の経路余裕を自機の半径の倍数で把握することが可能となる。また、拡張幅を自機の半径で統一することにより、制御装置の演算負荷を低減することができる。 In this case, since the contour of the expanded obstacle area is expanded step by step by the radius of the own aircraft, it becomes possible to grasp the route margin of the passing point on the moving route by a multiple of the radius of the own aircraft. . Also, by unifying the expansion width with the radius of the own device, it is possible to reduce the calculation load of the control device.
本発明に係る自律移動装置は、周囲環境の中を計画された移動経路に沿って移動する自律移動装置であって、上述したいずれかの経路計画装置を備えることを特徴とする。 An autonomous mobile device according to the present invention is an autonomous mobile device that moves in a surrounding environment along a planned travel route, and includes any of the route planning devices described above.
本発明に係る自律移動装置によれば、上述したいずれかの経路計画装置を備えているため、各通過地点毎の経路余裕を予め把握することができる。よって、例えば、各通過地点の経路余裕に応じた適切な移動速度を各通過地点毎に予め設定すること等が可能となる。 According to the autonomous mobile device according to the present invention, since any one of the route planning devices described above is provided, the route margin for each passing point can be grasped in advance. Therefore, for example, it is possible to set an appropriate moving speed according to the route margin of each passing point in advance for each passing point.
本発明によれば、障害物領域の輪郭を段階的に拡張して複数の拡張領域を生成するとともに、移動経路を計画する際に、移動経路上の通過地点が属する拡張領域に応じて当該通過地点における経路余裕を取得する構成としたので、計画された移動経路上の通過地点の経路余裕を予め把握することが可能となる。 According to the present invention, the outline of the obstacle area is expanded step by step to generate a plurality of extension areas, and when the movement route is planned, the passage depends on the extension region to which the passage point on the movement route belongs. Since the route margin at the point is acquired, the route margin at the passing point on the planned moving route can be grasped in advance.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.
まず、図1を用いて、実施形態に係る経路計画装置3、及び該経路計画装置3が搭載された自律移動装置1の構成について説明する。図1は、経路計画装置3が搭載された自律移動装置1の構成を示す機能ブロック図である。
First, the configuration of the
自律移動装置1は、周囲の環境地図(障害物が存在する領域と存在しない領域を表した地図、以下「グローバルマップ」ともいう)を取得し、グローバルマップ上の出発点(スタート位置)と目的地(ゴール位置)との間をつなぐ移動経路を計画するとともに、計画された経路に沿ってスタート位置からゴール位置まで自律して移動する機能を有するものである。なお、スタート位置とゴール位置とはユーザから与えられる。そのため、自律移動装置1は、その下部に電動モータ12及び該電動モータ12により駆動されるオムニホイール13が設けられた本体10と、周囲に存在する障害物との距離を計測するレーザレンジファインダ20とを備えている。また、自律移動装置1は、移動経路を計画する経路計画装置3を含み、計画された経路に沿って移動するように電動モータ12を制御する電子制御装置30を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
The autonomous
本体10は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体10に、上述したレーザレンジファインダ20、及び経路計画装置3を含む電子制御装置30等が取り付けられている。なお、本体10の形状は略有底円筒状に限られない。本体10の下部には、4つの電動モータ12が十字状に配置されて取り付けられている。4つの電動モータ12それぞれの駆動軸12Aにはオムニホイール13が装着されている。すなわち、4つのオムニホイール13は、同一円周上に周方向に沿って90°ずつ間隔を空けて取り付けられている。
The
オムニホイール13は、電動モータ12の駆動軸12Aを中心にして回転する2枚のホイール14と、各ホイール14の外周に電動モータ12の駆動軸12Aと直交する軸を中心として回転可能に設けられた6個のフリーローラ15とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、2枚のホイール14は位相を30°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ12が駆動されてホイール14が回転すると、6個のフリーローラ15はホイール14と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ15が回転することにより、オムニホイール13は、そのホイール14の回転軸に並行な方向にも移動することができる。そのため、4つの電動モータ12を独立して制御し、4つのオムニホイール13それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置1を任意の方向(全方向)に移動させることができる。
The
4つの電動モータ12それぞれの駆動軸12Aには、該駆動軸12Aの回転角度を検出するエンコーダ16が取り付けられている。各エンコーダ16は、電子制御装置30と接続されており、検出した各電動モータ12の回転角度を電子制御装置30に出力する。電子制御装置30は、入力された各電動モータ12の回転角度から、自律移動装置1の移動量を演算する。
An
レーザレンジファインダ20は、自機の正面方向(前方)を向くようにして自律移動装置1の前部に取り付けられている。レーザレンジファインダ20は、レーザを射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、自律移動装置1の周囲を中心角240°の扇状に水平方向に走査する。そして、レーザレンジファインダ20は、例えば壁や障害物等の物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ(反射波)の検出角度、及びレーザを射出してから物体で反射されて戻ってくるまでの時間(伝播時間)を計測することにより、物体との角度及び距離を検出する。なお、レーザレンジファインダ20は、電子制御装置30と接続されており、検出した周囲の物体との距離情報・角度情報を電子制御装置30に出力する。
The
電子制御装置30は、自律移動装置1の制御を総合的に司るものである。電子制御装置30は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するROM、演算結果などの各種データを一時的に記憶するRAM、及びその記憶内容が保持されるバックアップRAM等から構成されている。また、電子制御装置30は、レーザレンジファインダ20とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ12を駆動するモータドライバ等も備えている。
The
電子制御装置30は、移動経路の計画及び該移動経路の経路余裕の取得を行う経路計画装置3を含んでおり、移動経路を計画するとともに、計画された経路に沿って移動するように電動モータ12を制御する。電子制御装置30を構成する経路計画装置3は、移動経路を計画するとともに該移動経路の経路余裕を取得するために、グローバルマップ生成部31、拡張領域生成部32、積算マップ生成部33、移動可能領域抽出部34、及び経路計画部35を有している。また、電子制御装置30は、センサ取得部36、障害物情報取得部37、走行指令計算部38、及び自機情報取得部39等も有している。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。
The
グローバルマップ生成部31は、例えばSLAM技術等を利用して、障害物が存在する領域(障害物領域)と存在しない領域とを表したグローバルマップを生成する。すなわち、グローバルマップ生成部31は、特許請求の範囲に記載の環境地図取得手段として機能する。ここで、グローバルマップは、水平面を所定の大きさ(例えば縦横1cm)のブロックで分割した平面からからなる地図であり、障害物があるグリッドには例えば「0」より大きな値が与えられ、障害物がないグリッドには「0」未満の値が与えられる。SLAM技術を利用してグローバルマップを生成する場合、まず、グローバルマップ生成部31は、レーザレンジファインダ20からセンサ取得部36を介して読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報に基づいてローカルマップを生成する。また、グローバルマップ生成部31は、自機情報取得部39から自己位置を取得する。なお、自機情報取得部39は、エンコーダ16から読み込まれた各電動モータ12の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、ローカルマップとグローバルマップとを照合し、その結果に基づいて自己位置を推定する。続いて、グローバルマップ生成部31は、レーザレンジファインダ20を原点にしたローカルマップを、レーザレンジファインダ20を原点にした座標系からグローバルマップの座標系に自己位置にあわせて座標変換することにより、ローカルマップをグローバルマップに投影する。そして、グローバルマップ生成部31は、この処理を移動しつつ繰り返して実行し、ローカルマップをグローバルマップに順次足し込んで行く(継ぎ足してゆく)ことにより周囲環境全体のグローバルマップを生成する。
The global map generation unit 31 uses, for example, SLAM technology to generate a global map that represents an area where an obstacle exists (obstacle area) and an area where no obstacle exists. That is, the global map generation unit 31 functions as an environment map acquisition unit described in the claims. Here, the global map is a map composed of a plane obtained by dividing a horizontal plane into blocks of a predetermined size (for example, 1 cm in length and width). A grid with obstacles is given a value greater than “0”, for example. A grid with no objects is given a value less than “0”. When a global map is generated using the SLAM technology, first, the global map generation unit 31 is based on distance information and angle information with surrounding objects read from the
拡張領域生成部32は、グローバルマップ生成部31により生成されたグローバルマップに含まれる障害物領域の輪郭を、自機の半径だけ拡張して、拡張された障害物領域(以下「拡張障害物領域」ともいう)を生成するとともに、この拡張障害物領域の輪郭をさらに所定の拡張幅で段階的に拡張して、複数の拡張領域を生成する。すなわち、拡張領域生成部32は、特許請求の範囲に記載の拡張領域生成手段として機能する。拡張領域の生成には、例えば、公知のMinkowski和を利用することができる。すなわち、図3に示されるように、障害物領域300の輪郭(境界)を、自律移動装置1の半径rに相当する量だけ拡張することにより、拡張障害物領域320が生成される。この処理により、拡張障害物領域320に対して、自律移動装置1の大きさを点とみなすことができる。さらに、拡張領域生成部32は、拡張障害物領域320毎にその輪郭を所定の拡張幅ずつ3段階に拡張し、3つの拡張領域、すなわち、第1拡張領域321、第2拡張領域322、及び第3拡張領域323を生成する(図4参照)。なお、本実施形態では、所定の拡張幅として、自機の半径rを用いた。すなわち、拡張領域生成部32は、拡張障害物領域320の輪郭を自律移動装置1の半径rに相当する量だけ拡張することにより第1拡張領域321を生成し、該第1拡張領域321の輪郭を半径rに相当する量だけ拡張することによって第2拡張領域322を生成するとともに、該第2拡張領域322の輪郭を半径rだけ拡張することによって第3拡張領域323を生成する。
The extended
積算マップ生成部33は、拡張領域生成部32により生成された複数の拡張領域(本実施形態では、拡張障害物領域320,第1拡張領域321,第2拡張領域322,第3拡張領域323)を重ね合わせて積算し、積算マップを生成する。すなわち、積算マップ生成部33は、特許請求の範囲に記載の積算地図生成手段として機能する。より具体的には、図4に示されるように、拡張障害物領域320,第1拡張領域321,第2拡張領域322,第3拡張領域323それぞれに含まれる全グリッドに例えば「1」の値(重み)を与えて、拡張障害物領域320及び各拡張領域321〜323を重ねあわせて積算することにより、積算マップが生成される。すなわち、積算マップにおいて、第1拡張領域321と第2拡張領域322と第3拡張領域323とが重なり合う領域の積算値(重み)は「3」となる。同様に、第2拡張領域322と第3拡張領域323のみが重なり合う領域(第2拡張領域322から第1拡張領域321を除いた領域)の積算値(重み)は「2」となる。また、第3拡張領域323のみの領域(第3拡張領域323から第2拡張領域322を除いた領域)の値(重み)は「1」となる。そのため、積算マップ上の各領域(各グリッド)の積算値は、自律移動装置1の半径rを単位として、拡張障害物領域320(すなわち障害物)からの距離に応じた値を表すこととなり、積算値が大きい領域(グリッド)ほど障害物に近く、逆に積算値が小さい領域(グリッド)ほど障害物から遠いことを表す。よって、積算マップ上の各領域(各グリッド)の積算値から、障害物との距離(経路余裕)を把握することができる。
The integrated map generation unit 33 includes a plurality of expansion regions generated by the expansion region generation unit 32 (in this embodiment, an
移動可能領域抽出部34は、積算マップ生成部33により生成された積算マップから、障害物と接触することなく移動することができる領域(移動可能領域)を抽出する。すなわち、移動可能領域抽出部34は、特許請求の範囲に記載の移動可能領域抽出手段として機能する。図5に示されるように、本実施形態では、積算マップ上において、拡張障害物領域320以外の領域(図5において斜線部を除く領域)を移動可能領域340として抽出する。また、移動可能領域抽出部34は、抽出された移動可能領域340の細線化処理を行う。移動可能領域340の細線化処理は、例えば、公知のHilditchの細線化法を利用して行うことができる。すなわち、移動可能領域抽出部34は、移動可能領域340が線になるまで、移動可能領域340を拡張障害物領域320から1ピクセルずつ削ってゆくことにより細線化を行う。よって、細線化により得られた線状の移動可能領域341は、周囲に存在する障害物からもっとも遠い移動可能領域を表す。
The movable
経路計画部35は、移動可能領域抽出部34により抽出され細線化された移動可能領域341の中から、スタート位置とゴール位置との間をつなぐ最短経路を探索することにより移動経路を計画する。また、経路計画部35は、計画された移動経路上の通過地点(以下「サブゴール」ともいう)が属する積算マップ上の拡張領域321〜323から、サブゴールにおける経路の余裕を取得する。すなわち、経路計画部35は、特許請求の範囲に記載の経路計画手段として機能する。より詳細には、まず、経路計画部35は、細線化された移動可能領域341のノード探索を実行する。すなわち、すべてのノード342を探索し、図6に示されるような、ノードマップとして表現する。なお、ここで、細線化された移動可能領域341の分岐点(又は結合点)をノード342とし、ノード342とノード342とをつなぐ細線化された移動可能領域341をリンク343とする。
The
次に、経路計画部35は、例えば公知のA*アルゴリズム(Aスター・アルゴリズム)等の探索アルゴリズムを用いて最短経路探索を行い、移動経路を決定する。すなわち、経路計画部35は、図7に示されるように、スタート位置351とゴール位置352を基点として、例えばA*アルゴリズムを用いて、積算マップ上のどのノード342、どのリンク343を通ると最小コスト(最短経路)になるかを演算し、経路350を決定する。続いて、経路計画部35は、図8に示されるように、決定された経路350上のサブゴール360がどの拡張領域321〜323に属しているか(又は拡張領域321〜323に属さないか)によりサブゴール360毎の経路余裕情報を取得する。ここで、上述した積算マップ上の各拡張領域の積算値(例えば「1」「2」「3」)を経路余裕情報として用いることができる。そして、経路計画部35は、取得した各サブゴール360の経路余裕情報を、サブゴール点列(座標列)で表された経路情報に、サブゴール360毎に対応付けて付加する。このようにして、経路余裕情報が付加された経路情報が取得される。なお、自律移動装置1が移動経路350に沿って移動する際には、自己位置に対して次の目標通過位置となるサブゴールの座標と、該サブゴールにおける経路余裕情報とが読み込まれることにより、自機の移動が制御される。
Next, the
次に、図2〜図8を併せて参照しつつ経路計画装置3の動作、及び経路計画方法について説明する。図2は、経路計画装置3による経路計画処理の処理手順を示すフローチャートである。図2に示される経路計画処理は、経路計画装置3(電子制御装置30)によって行われるものであり、自律移動を行う前に、例えばユーザの指示操作を受けて実行される。
Next, the operation of the
まず、ステップS100では、レーザレンジファインダ20から読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報等に基づいてグローバルマップが生成される。なお、グローバルマップの生成方法については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。次に、ステップS102では、まず、グローバルマップに含まれている障害物領域300毎に、その輪郭が自機の半径rだけ拡張されて拡張障害物領域320が生成される。ステップS102では、さらに、拡張障害物領域320が所定の拡張幅(本実施形態では自機の半径r)ずつ3段階に拡張され、3つの拡張領域、すなわち、第1拡張領域321、第2拡張領域322、及び第3拡張領域323が生成される(図3,4参照)。
First, in step S100, a global map is generated based on distance information, angle information, and the like with surrounding objects read from the
続くステップS104では、ステップS102で生成された拡張障害物領域320、第1拡張領域321、第2拡張領域322、及び第3拡張領域323が重ね合わされて積算され、積算マップが生成される(図4参照)。続いて、ステップS106では、ステップS104で生成された積算マップから、拡張障害物領域320を除く領域が、障害物と接触することなく移動することができる移動可能領域340として抽出される(図5参照)。次に、ステップS108では、抽出された移動可能領域340の細線化処理が行われる。なお、移動可能領域340の細線化処理については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
In the subsequent step S104, the
続くステップS110では、細線化された移動可能領域341のノード探索が実行される(図6参照)。続いて、ステップS112では、スタート位置とゴール位置を基点として、例えばA*アルゴリズムを用いて、積算マップ上のどのノード342、どのリンク343を通ると最小コスト(最短経路)になるかが演算され、経路350が決定される(図7参照)。
In the subsequent step S110, a node search for the thinned
続くステップS114では、決定された経路350上のサブゴール360がどの拡張領域321〜323に属しているか(又は拡張領域321〜323に属さないか)によりサブゴール360毎の経路余裕情報が取得される(図8参照)。そして、取得された各サブゴール360の経路余裕情報が、サブゴール点列(座標列)で表された経路情報に、サブゴール360毎に対応付けて付加されることにより、経路余裕情報が付加された経路情報が取得される。そして、このようにして取得された移動経路350に沿って自律移動装置1が移動するとき、例えば、重み「0」の経路を通過する速度に比べて、重み「1」の経路(図8中の極太線で示された区間)を通過する速度が遅くなるように、電子制御装置30は、自律移動装置1の進行速度を制御する。なお、上述した例では、移動経路350が重み「2」の領域を通過していないが、移動経路350が重み「2」の領域を通過する場合は、進行速度を重み「1」の領域よりも遅くすることもできる。また、重み「3」の領域を通過する場合は、移動経路350から外れるように制御してもよい。
In subsequent step S114, the route margin information for each subgoal 360 is acquired depending on which
本実施形態によれば、障害物領域300の輪郭が段階的に拡張されることにより生成された、拡張障害物領域320及び3つの拡張領域321〜323が重ね合わされて積算され、積算マップが生成される。よって、積算マップ上の各拡張領域321〜323の境界は、拡張障害物領域320(すなわち障害物)からの距離に応じて配置される。そのため、移動経路350が計画される際に、移動経路350上のサブゴール360が属する拡張領域321〜323の積算値から当該サブゴール360の経路余裕を把握することができる。よって、計画された移動経路350上のサブゴール360の経路余裕を予め(経路計画段階で)把握することが可能となる。また、本実施形態によれば、サブゴール360が属する拡張領域321〜323の積算値から経路余裕を把握することができるため、より少ない演算量でサブゴール360の経路余裕を認識することが可能となる。
According to the present embodiment, the
本実施形態によれば、まず自機の半径rだけ、障害物領域300の輪郭が拡張されるため、移動可能領域340を抽出する際に、拡張された障害物領域300(拡張障害物領域320)の輪郭に対して自機の大きさを点と見なすことができる。また、拡張障害物領域320の輪郭が所定の拡張幅(本実施形態では自機の半径r)でさらに拡張されるため、移動経路上の通過地点の経路余裕を、該拡張幅を単位とし、該拡張幅の倍数で把握することが可能となる。なお、本実施形態では、所定の拡張幅として自機の半径rを用いることにより、拡張幅を同じ値に統一したので、電子制御装置30の演算負荷を低減することができる。
According to the present embodiment, since the contour of the
本実施形態に係る自律移動装置1によれば、上述した経路計画装置3を備えているため、サブゴール360毎の経路余裕を予め把握することができる。よって、例えば、各サブゴール360の経路余裕に応じた適切な移動速度及び障害物回避速度をサブゴール360毎に予め設定することが可能となる。
According to the autonomous
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、拡張障害物領域320を拡張する際の拡張幅を自機の半径rとしたが、この拡張幅は自機の半径rに限られることなく、任意に設定することができる。また、上記実施形態では、拡張障害物領域320を3段階に拡張したが、2段階又は4段階以上に拡張してもよい。さらに、各拡張領域321〜323を積算する際に各拡張領域321〜323を構成するグリッドに与えられる値(重み)は「1」に限られることなく、任意の値を設定することができる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the expansion width when expanding the
上記実施形態では、最短経路探索にA*アルゴリズムを利用したが、その他のアルゴリズム、例えば、ダイクストラ法、最良優先探索等を利用してもよい。 In the above embodiment, the A * algorithm is used for the shortest path search, but other algorithms such as Dijkstra method and best priority search may be used.
上記実施形態では、グローバルマップを生成する際に、SLAM技術を利用して生成したが、グローバルマップはSLAM以外の他の方法を利用して生成してもよい。また、グローバルマップは建築図面から作成してもよく、さらに、他の装置で生成したグローバルマップを自機に移植してもよい。また、グローバルマップを生成する際にレーザレンジファインダ20を用いて障害物との距離を測定したが、レーザレンジファインダに代えて又は加えて、例えばステレオカメラ、超音波センサ等を用いる構成としてもよい。
In the above embodiment, the global map is generated using the SLAM technology. However, the global map may be generated using a method other than the SLAM. In addition, the global map may be created from the architectural drawing, and further, a global map generated by another device may be ported to the own device. In addition, the distance to the obstacle is measured using the
上記実施形態では、車輪として全方位に移動可能なオムニホイール13を採用したが、通常の車輪(操舵輪及び駆動輪)を用いる構成としてもよい。
In the said embodiment, although the
1 自律移動装置
3 経路計画装置
10 本体
12 電動モータ
13 オムニホイール
14 ホイール
15 フリーローラ
16 エンコーダ
20 レーザレンジファインダ
30 電子制御装置
31 グローバルマップ生成部
32 拡張領域生成部
33 積算マップ生成部
34 移動可能領域抽出部
35 経路計画部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
障害物が存在する障害物領域が示される環境地図を取得する環境地図取得ステップと、
前記環境地図取得ステップにおいて取得された前記環境地図に含まれる前記障害物領域の輪郭を段階的に拡張して、複数の拡張領域を生成する拡張領域生成ステップと、
前記拡張領域生成ステップにおいて生成された前記複数の拡張領域を重ね合わせて積算し、積算地図を生成する積算地図生成ステップと、
前記積算地図生成ステップにおいて生成された前記積算地図から移動可能領域を抽出する移動可能領域抽出ステップと、
前記移動可能領域抽出ステップにおいて抽出された前記移動可能領域から移動経路を計画するとともに、移動経路上の通過地点が属する前記積算地図上の拡張領域の積算値に応じて当該通過地点における経路余裕情報を取得し、該経路余裕情報を前記通過地点毎に対応付けて付加した経路情報を取得する経路計画ステップと、を備える、ことを特徴とする経路計画方法。 A route planning method for planning a movement route used by an autonomous mobile device moving along a movement route before the autonomous mobile device performs autonomous movement,
An environmental map acquisition step of acquiring an environmental map showing an obstacle area where the obstacle exists;
An extended area generating step for generating a plurality of extended areas by gradually expanding the contour of the obstacle area included in the environmental map acquired in the environmental map acquiring step;
An integrated map generating step of generating an integrated map by superimposing and integrating the plurality of extended areas generated in the extended area generating step;
A movable area extracting step of extracting a movable area from the integrated map generated in the integrated map generating step;
Plan the travel route from the movable region extracted in the movable region extraction step, and the route margin information at the passing point according to the integrated value of the extended region on the integrated map to which the passing point on the moving route belongs And a route planning step of acquiring route information in which the route margin information is added in association with each passing point .
障害物が存在する障害物領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、
前記環境地図取得手段により取得された前記環境地図に含まれる前記障害物領域の輪郭を段階的に拡張して、複数の拡張領域を生成する拡張領域生成手段と、
前記拡張領域生成手段により生成された前記複数の拡張領域を重ね合わせて積算し、積算地図を生成する積算地図生成手段と、
前記積算地図生成手段により生成された前記積算地図から移動可能領域を抽出する移動可能領域抽出手段と、
前記移動可能領域抽出手段により抽出された前記移動可能領域から移動経路を計画するとともに、移動経路上の通過地点が属する前記積算地図上の拡張領域の積算値に応じて当該通過地点における経路余裕情報を取得し、該経路余裕情報を前記通過地点毎に対応付けて付加した経路情報を取得する経路計画手段と、を備える、ことを特徴とする経路計画装置。 A route planning device that plans a travel route used by an autonomous mobile device that moves along a travel route before the autonomous mobile device performs autonomous movement,
An environmental map acquisition means for acquiring an environmental map showing an obstacle area where the obstacle exists;
Extended area generating means for expanding the outline of the obstacle area included in the environmental map acquired by the environmental map acquiring means stepwise to generate a plurality of extended areas;
An integrated map generating means for generating an integrated map by superimposing and integrating the plurality of extended areas generated by the extended area generating means;
Movable area extracting means for extracting a movable area from the accumulated map generated by the accumulated map generating means;
Plan the travel route from the movable region extracted by the movable region extraction means, and the route margin information at the passing point according to the integrated value of the extended region on the integrated map to which the passing point on the moving route belongs And route planning means for acquiring route information obtained by associating and adding the route margin information in association with each passing point .
請求項4〜6のいずれか1項に記載の経路計画装置を備える、ことを特徴とする自律移動装置。 An autonomous mobile device that moves in a surrounding environment along a planned movement route,
An autonomous mobile device comprising the route planning device according to claim 4.
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